DE102018217820A1

DE102018217820A1 - Hydraulische Steueranordnung und hydraulische Achse

Info

Publication number: DE102018217820A1
Application number: DE102018217820.8A
Authority: DE
Inventors: Gottfried Hendrix
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2020-04-23

Abstract

Getriebe, insbesondere für eine EinzelradantriebseinheitDie Erfindung betrifft ein Kompaktgetriebe, das insbesondere zur Verwendung innerhalb einer Einzelradantriebseinheit vorgesehen ist. Das Kompaktgetriebe weist einen gestellfesten Getriebeträger, der eine durchgehende zentrale Ausnehmung hat, und ein Hauptgetriebe auf, das ein innenverzahntes Hohlrad, das außen auf dem Getriebeträger drehbar gelagert ist, vor der einen Stirnseite des Getriebeträgers angeordnete, außenverzahnte und mit dem Hohlrad kämmende Zahnräder und eine Eingangssonnenwelle umfasst. Außerdem hat das Kompaktgetriebe eine Getriebevorstufe, die innerhalb der zentralen Ausnehmung des Getriebeträgers angeordnet ist und eine Vorstufeneingangswelle mit einem außenverzahnten Vorstufensonnenrad, ein Vorstufenhohlrad und mindestens ein sowohl mit dem Vorstufensonnenrad als auch mit dem Vorstufenhohlrad kämmendes Vorstufenzwischenrad, vorzugsweise mehrere Vorstufenzwischenräder, aufweist.Erfindungsgemäß ist an dem Getriebeträger ein Zusatzträger befestigt, durch den die Vorstufenzwischenräder unverlierbar in der zentralen Ausnehmung des Getriebeträgers gehalten sind.

Description

Die Erfindung betrifft auch einen hydrostatischen Antrieb, der einen Mehrflächenzylinder, der einen Kolben aufweist, der mit einer ersten Wirkfläche an einen ersten Zylinderraum, dessen Druckbeaufschlagung am Kolben eine in eine erste Richtung wirkende Kraft erzeugt, und mit einer zweiten Wirkfläche an einen zweiten Zylinderraum und mit einer dritten Wirkfläche an einen dritten Zylinderraum angrenzt, deren Druckbeaufschlagung am Kolben jeweils eine entgegengesetzt zur ersten Richtung wirkende Kraft erzeugt, und eine Schaltventilanordnung umfasst, über die der dritte Zylinderraum in einem Eilgang mit dem ersten Zylinderraum und in einem Kraftgang mit dem zweiten Zylinderraum fluidisch verbindbar ist.
Ein hydrostatischer Antrieb der oben skizierten Art sind aus der DE 10 2012 020 581 A1 bekannt. Die Schaltventilanordnung für die Umschaltung zwischen Eilgang und Kraftgang wird dort durch zwei 2/2-Wegesitzventile gebildet, von denen ein erstes unmittelbar zwischen dem dritten Zylinderraum und dem ersten Zylinderraum und das zweite zwischen dem dritten Zylinderraum und einer Hydraulikpumpe angeordnet ist. Zum Verfahren des Kolbens des Mehrflächenzylinders im Eilgang ist das erste 2/2-Wegesitzventil offen und das zweite 2/2-Wegesitzventil geschlossen, so dass je nach Bewegungsrichtung die eigentliche Wirkfläche der Differenzfläche zwischen der ersten Wirkfläche und der dritten Wirkfläche beziehungsweise nur die zweite Wirkfläche ist Für den Kraftgang ist das erste 2/2-Wegesitzventil geschlossen und das zweite Wegesitzventil offen, so dass je nach Bewegungsrichtung die eigentliche Wirkfläche die erste Wirkfläche beziehungsweise die Summe aus der zweiten Wirkfläche und der dritten Wirkfläche ist. Gilt für die Wirkflächen die Gleichung „erste Wirkfläche gleich zweite Wirkfläche plus dritte Wirkfläche“, so arbeitet der Mehrflächenzylinder jeweils als Gleichgangzylinder und kann mit einer Pumpe in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf betreiben werden.
Um zwischen Eilgang und Kraftgang zu wechseln müssen also die beiden 2/2-Wegesitzventile je nach Prozessablauf zeitlich aufeinander abgestimmt geschaltet werden. Diese Abstimmung ist sehr schwierig, so dass es vorkommen kann, dass beide 2/2-Wegesitzventile für eine kurze Zeit gleichzeitig geschlossen oder gleichzeitig offen sind. Sind beide 2/2-Wegesitzventile geschlossen, so ist der dritte Zylinderraum abgesperrt und es kann kein Hydrauliköl mehr aus ihm verdrängt werden. Dies führt dazu, dass der Mehrflächenzylinder stehen bleibt oder fast stehen bleibt. Sind beide 2/2-Wegesitzventile offen, so kann Hydrauliköl über die beiden offenen 2/2-Wegesitzventile im Kreislauf fließen. Dies kann zu einer kurzzeitig unkontrollierten Bewegung des Mehrflächenzylinders führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydrostatischen Antrieb mit den eingangs angeführten Merkmalen derart weiterzuentwickeln, dass eine kontrollierte Bewegung des Mehrflächenzylinders möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einem hydrostatischen Antrieb mit den eingangs angeführten Merkmalen dadurch gelöst, dass eine Pumpe vorhanden ist, mit der Druckfluid zwischen dem dritten Zylinderraum und dem ersten Zylinderraum verbringbar ist, wenn über die Schaltventilanordnung aus dem dritten Zylinderraum kein Druckfluid verdrängbar ist. Wenn beim Übergang vom Eilgang in den Kraftgang der dritte Zylinderraum über die Schaltventilanordnung nicht mehr mit dem ersten Zylinderraum und noch nicht mit dem zweiten Zylinderraum verbunden ist, kann von der Pumpe weiterhin Druckfluid aus dem dritten Zylinderraum in den ersten Zylinderraum gefördert werden. Dies ermöglicht ein weiteres geregeltes Verfahren des Mehrflächenzylinders und einen Druckaufbau beim Umschaltvorgang von Eilgang in Kraftgang.
Vorteilhafterweise ist die von der Pumpe pro Zeiteinheit verbringbare Druckfluidmenge variabel.
Die Pumpe ist bevorzugt von einem in seiner Drehzahl regelbaren, also von einem drehzahlvariablen Elektromotor antreibbar. Dann können auch mit einer Pumpe mit einem konstanten Hubvolumen, also mit einer sogenannten Konstantpumpe unterschiedliche Volumenströme erhalten werden.t.
Die Ventilanordnung umfasst vorteilhafterweise ein erstes Schaltventil, das zwischen dem dritten Zylinderraum und dem ersten Zylinderraum angeordnet ist, und ein zweites Schaltventil, über das der dritte Zylinderraum mit dem zweiten Zylinderraum fluidisch verbindbar ist. Die Pumpe ist parallel zum zweiten Schaltventil angeordnet.
Der Mehrflächenzylinder kann als Gleichgangzylinder in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf betrieben werden, wenn die zweite Wirkfläche und die dritte Wirkfläche gemeinsam so groß wie die erste Wirkfläche sind.
Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebs sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen

1 das erste Ausführungsbeispiel, bei dem Pumpe und Motor in einen Steuerblock, der auch die Ventilanordnung enthält integriert sind, und
2 das zweite Ausführungsbeispiel, bei dem Pumpe und Motor getrennt vom Steuerblock angeordnet sind.

Die in den Figuren gezeigte hydrostatischen Antriebe umfassen jeweils einen Mehrflächenzylinder 10, bei dem in einem Zylindergehäuse 11 ein Ringkolben 12 und eine einseitig an den Ringkolben angebaute und eine Stirnwand 13 des Zylindergehäuses 11 durchdringende Kolbenstange 14 längsbeweglich geführt sind. Von der der Stirnwand 13 gegenüberliegenden Seite steht im Innern des Zylindergehäuses 11 eine zentrale Säule 15 hoch, die ortsfest bezüglich des Zylindergehäuses 11 angeordnet ist und dicht durch den Ringkolben 12 hindurch in die hohle Kolbenstange 14 hineinragt. In der hohlen Kolbenstange 14 trägt die Säule einen Ringbund 16, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser der Säule 15 ist und der dichtend an der Innenwand der hohlen Kolbenstange 14 anliegt.
Aufgrund der beschriebenen Ausbildung sind in dem Hydrozylinder 10 insgesamt vier Zylinderräume vorhanden. Ein im Querschnitt kreisscheibenförmiger, erster Zylinderraum 20 befindet sich axial zwischen dem Ringbund 16 und der geschlossenen Stirnseite der Kolbenstange 14 und wird durch eine in Ausfahrrichtung der Kolbenstange wirksame Wirkfläche A1 an der Kolbenstange 14 begrenzt. Ein im Querschnitt ringförmiger, zweiter Zylinderraum 21 befindet sich axial zwischen dem Ringbund 16 der Säule 15 und dem Ringkolben 12 und wird durch eine in Einfahrrichtung der Kolbenstange wirksame Wirkfläche A2 am Ringkolben 12 begrenzt. Ein im Querschnitt ebenfalls ringförmiger, dritter Zylinderraum 22 befindet sich axial zwischen der Stirnwand 13 des Zylindergehäuses 11 und dem Ringkolben 12 und wird durch eine in Einfahrrichtung der Kolbenstange wirksame Wirkfläche A3 am Ringkolben 12 begrenzt. Die genannten Wirkflächen sind nun in ihrer Größe so gewählt, dass gilt A1 = A2 + A3.
Auf der der Kolbenstange 14 abgelegenen Seite des Ringkolbens 12 befindet sich ein vierter Zylinderraum 23, der über eine Lüftungsvorrichtung 24 mit Atmosphäre verbunden ist und in dem somit Atmosphärendruck herrscht.
Die hydrostatischen Antriebe umfassen des Weiteren eine Hydroeinheit 29, die als Axialkolbeneinheit mit einem konstanten Hubvolumen ausgeführt sein mag und von einem Elektromotor 30 angetrieben wird, dessen Drehzahl regelbar ist. Die Axialkolbeneinheit 29 weist zwei Arbeitsanschlüsse 31 und 32 auf, von denen der erste Arbeitsanschluss 31 über eine Leitung 33 mit dem ersten Zylinderraum 20 und der zweite Arbeitsanschluss 32 über eine Leitung 34 mit dem zweiten Zylinderraum 21 fluidisch verbunden ist. Der erste Arbeitsanschluss 31 ist außerdem über ein Nachsaugventil 35 mit einem Hydrospeicher 36 verbunden. Der zweite Arbeitsanschluss 32 ist über ein Nachsaugventil 37 ebenfalls mit dem Hydrospeicher 36 verbunden.
Der dritte Zylinderraum 22 ist über ein elektromagnetisch betätigbares 2/2-Wegesitzventil 40, das in einer Ruhestellung offen ist, mit dem ersten Arbeitsanschluss 31 und mit dem ersten Zylinderraum 20 und über ein weiteres elektromagnetisch betätigbares 2/2-Wegesitzventil 41, das in seiner Ruhestellung sperrt, mit dem zweiten Arbeitsanschluss 32 und dem zweiten Zylinderraum 21 verbindbar. Dazu ist der dritte Zylinderraum 22 über eine Leitung 42 an die beiden Wegesitzventile 40 und 41 angeschlossen.
Wenn das Wegesitzventil 41 offen und das Wegesitzventil 40 geschlossen ist, so sind die beiden Zylinderräume 21 und 22 zusammen fluidisch mit dem Arbeitsanschluss 32 der Hydroeinheit 29 verbunden. Die Wirkflächen A2 und A3 addieren sich zu einer in Einfahrrichtung wirksamen Gesamtwirkfläche, die genauso groß wie die in Ausfahrrichtung wirksame Wirkfläche A1 ist. Wenn das Wegesitzventil 40 offen und das Wegesitzventil 41 geschlossen ist, so sind die beiden Zylinderräume 20 und 22 zusammen fluidisch mit dem Arbeitsanschluss 31 der Hydroeinheit 29 verbunden. Weil die Wirkflächen A1 und A3 in entgegengesetzte Richtungen wirken, wird die in Ausfahrrichtung wirksame Wirkfläche A1 um die Wirkfläche A3 vermindert, so dass sich eine in Ausfahrrichtung wirksame Gesamtwirkfläche ergibt, die genauso groß wie die in Einfahrrichtung wirksame Wirkfläche A2 ist. Wenn das Wegesitzventil 41 offen und das Wegeventil 40 geschlossen ist, hat man also einen Gleichgangzylinder mit großen Wirkflächen, und wenn das Wegesitzventil 40 offen und das Wegeventil 41 geschlossen ist, hat man einen Gleichgangzylinder mit kleineren Wirkflächen.
Der Mehrflächenzylinder wird mit den kleinen Wirkflächen betrieben, wenn der Kolben im Eilgang verfahren werden soll, und er wird mit den großen Wirkflächen betrieben, wenn der Kolben in einem Kraft- oder Pressgang verfahren werden soll.
Für den Übergang vom Eilgang zum Kraftgang müssen die beiden 2/2-Wegesitzventile 40 und 41 ihre Schaltstellung ändern. Die zeitliche Abstimmung des Schaltens der beiden 2/2-Wegesitzventile in einer solchen Weise, dass der Mehrflächenzylinder bei dem Übergang weder stehen bleibt oder fast stehen bleibt noch eine unkontrollierte Bewegung macht, ist schwierig. Damit eine derart feine Abstimmung nicht notwendig ist, ist parallel zu dem 2/2-Wegesitzventil 40 eine Konstantpumpe 45 angeordnet, die von einem drehzahlgeregelten Elektromotor 46 antreibbar ist. Mit der Pumpe 45 kann Druckfluid dem dritten Zylinderraum 22 auch dann entnommen und in den ersten Zylinderraum 20 gefördert werden, wenn das 2/2-Wegesitzventil 40 geschlossen ist. Somit kann man das Schalten der beiden 2/2-Wegesitzventile 40 und 41 derart aufeinander abstimmen, dass es während eines Übergangs ausgeschlossen ist, dass beide 2/2-Wegesitzventile 40 und 41 offen sind, dass vielmehr jeweils eine kurze Zeitspanne beide 2/2-Wegesitzventile 40 und 41 geschlossen sind. In dieser Zeitspanne fördert die Pumpe 45 Druckfluid von dem dritten Zylinderraum 22 in den ersten Zylinderraum 20. Dies ermöglicht während des Übergangs vom Eilgang zum Kraftgang ein weiteres geregeltes Verfahren des Ringkolbens 12 und einen gezielten Druckaufbau.
Die gezeigten hydrostatischen Antriebe haben einen Hydraulikblock 38, der das Gestell des jeweiligen Antriebs darstellt und in den oder an den die verschiedenen hydraulischen Komponenten eingebaut oder angebaut sind und in dem die Fluidverbindungen zwischen den einzelnen hydraulischen Komponenten als Gusskanäle oder Verbohrungen ausgebildet sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist auch die Einheit aus der Pumpe 45 und dem Elektromotor derart in den Hydraulikblock integriert. Dies ist dadurch verdeutlicht, dass die Pumpe 45 und der Elektromotor 46 innerhalb des durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten Hydraulikblocks 38 gezeichnet sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 dagegen sind die Pumpe 45 und der Elektromotor 45 eine von dem Hydraulikblock 38 getrennte Einheit. Pumpe 45 und Elektromotor 46 sind außerhalb des Hydraulikblocks 38 gezeichnet.
Bezugszeichenliste

10: Mehrflächenzylinder
11: Zylindergehäuse
12: Ringkolben
13: Stirnwand von 11
14: Kolbenstange
15: zentrale Säule
16: Ringbund an 15
20: erster Zylinderraum
21: zweiter Zylinderraum
22: dritter Zylinderraum
23: vierter Zylinderraum
24: Lüftungsvorrichtung
29: Hydroeinheit
30: Elektromotor
31: erster Arbeitsanschluss von 29
32: zweiter Arbeitsanschluss von 29
33: Leitung
34: Leitung
35: Nachsaugventil
36: Hydrospeicher
37: Nachsaugventil
38: Hydraulikblock
40: 2/2-Wegesitzventil
41: 2/2-Wegesitzventil
42: Leitung
45: Pumpe
46: Elektromotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012020581 A1 [0002]

Claims

Hydrostatischer Antrieb mit einem Mehrflächenzylinder, der einen Kolben aufweist, der mit einer ersten Wirkfläche an einen ersten Zylinderraum, dessen Druckbeaufschlagung am Kolben eine in eine erste Richtung wirkende Kraft erzeugt, und mit einer zweiten Wirkfläche an einen zweiten Zylinderraum und mit einer dritten Wirkfläche an einen dritten Zylinderraum angrenzt, deren Druckbeaufschlagung am Kolben jeweils eine entgegengesetzt zur ersten Richtung wirkende Kraft erzeugt, und mit einer Schaltventilanordnung, über die der dritte Zylinderraum in einem Eilgang mit dem ersten Zylinderraum und in einem Kraftgang mit dem zweiten Zylinderraum fluidisch verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe vorhanden ist, mit der Druckfluid zwischen dem dritten Zylinderraum und dem ersten Zylinderraum verbringbar ist, wenn über die Schaltventilanordnung aus dem dritten Zylinderraum kein Druckfluid verdrängbar ist.
Hydrostatischer Antrieb nach Patentanspruch 1, wobei die von der Pumpe pro Zeiteinheit verbringbare Druckfluidmenge variabel ist.
Hydrostatischer Antrieb nach Patentanspruch 2, wobei die Pumpe von einem drehzahlvariabel steuerbaren Elektromotor antreibbar ist.
Hydrostatischer Antrieb nach Patentanspruch 3, wobei die Pumpe eine solche mit einem konstanten Hubvolumen ist.
Hydrostatischer Antrieb nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei die Ventilanordnung ein erstes Schaltventil, das zwischen dem dritten Zylinderraum und dem ersten Zylinderraum angeordnet ist, und ein zweites Schaltventil umfasst, über das der dritte Zylinderraum mit dem zweiten Zylinderraum fluidisch verbindbar ist, und wobei die Pumpe parallel zum zweiten Schaltventil angeordnet ist.
Hydrostatischer Antrieb nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die zweite Wirkfläche und die dritte Wirkfläche gemeinsam so groß wie die erste Wirkfläche sind.